Диметиловый эфир
Диметиловый эфир (ДМЭ) является простейшим эфиром и имеет формулу состава СН3-О-СН3 (или С2Н6О). При нормальных атмосферных условиях ДМЭ находится в газообразном состоянии, но ожижается уже при давлении 0,53 МПа. ДМЭ не токсичен и не загрязняет окружающую сре- ду. В 1987 году был подписан Монреальский протокол, запрещающий про- изводство озоноразрушающих соединений. ДМЭ имеет нулевой потенциал озоноразрушения в атмосфере – ODP. В 1997 году разработан Киотский про- токол, направленный на ограничение парникового эффекта нашей планеты. ДМЭ имеет нулевой потенциал глобального потепления — GWP.
Из-за соединения двух метиловых радикалов CH3 атомом кислорода и его большой доли (около 35%), при сгорании в дизеле практически не обра- зуются сажа. Но из-за содержания кислорода ДМЭ имеет низкую теплоту сгорания.
Диметиловый эфир может быть получен из любого углеводородного сырья (в том числе — из биомассы), но основным сырьем для производства ДМЭ в России является природный газ и его продукт окисления — синтез-газ . Природный газ (метан CH4) реагирует с кислородом и водяным паром с образованием монооксида СО и диоксида СО2 углерода по реакциям:
При последующем каталитическом синтезе из СО и СО2 через промежуточное получение метанола CН3OН образуется ДМЭ (CH3OCH3):
Пока промышленное производство ДМЭ осуществляется исключительно на стационарных установках. Однако быстрый прогресс в технологии производства ДМЭ (в частности, снижение давления синтеза с 32 до 9 МПа, переход на низкотемпературный катализатор и т.д.) может привести к появлению компактных реакторов ДМЭ, которые можно будет разместить на борту транспортного средства. Работы в этом направлении проводятся рядом зарубежных фирм, в частности фирмой Volvo .
В последние годы все большее внимание исследователей привлекает использование ДМЭ в качестве экологически чистого топлива для дизелей. Исследованы его физико-химические свойства, процессы подачи, распыливания и сгорания, проведены безмоторные исследования систем подачи ДМЭ в дизель, экспериментальные исследования дизелей на ДМЭ и его смесях с другими топливами — жидкими (дизельное топливо, спирты, масла) и газообразными (природный газ, синтез-газ), оценены экологические качества дизелей, работающих на ДМЭ.
Физико-химические свойства диметилового эфира
Применительно к разным процессам в ДВС актуальны свойства жидкого или газообразного ДМЭ, условий фазовых превращений, растворимости, химической активности и др.
В таблице приведены важнейшие для ДВС свойства ДМЭ, в частности, жидкого, дополненные для сравнения столбцом для традиционного дизельного топлива (ДТ). Некоторые из свойств требуют комментариев и конкретизации.
Важнейшие физико-химические и моторные свойства ДМЭ и ДТ.
Источник
Диметиловый эфир (ДМЭ)
В перспективе на транспорте возможно использование конкурирующего топлива – диметилового эфира (ДМЭ), имеющего определенные технологические преимущества перед сжиженным природным газом. По своим физическим свойствам это вещество очень схоже с СУГ и может являться его заменителем в качестве моторного топлива, топлива для газовых турбин, в коммунальном хозяйстве и быту (приготовление пищи). В сравнении с СПГ он имеет существенно более высокую температуру сжижения (– 24,5°С), что позволяет хранить ДМЭ в тех же резервуарах, что и СУГ. При его правильном сгорании не образуется сажа, а только вода и углекислый газ. Теплотворная способность ДМЭ (28,4 МДж/кг) только немного ниже низшей удельной теплоты сгорания природного газа. Кроме того, ДМЭ используется для производства аэрозольных красок и в парфюмерной промышленности, т.к. является отличным растворителем и пропеллентом одновременно, и при этом практически полностью разлагается при попадании в атмосферу (не является парниковым газом, в отличие от метана).
Особенность производства ДМЭ и других синтетических жидких углеводородов (СЖУ) (метанол, продукты синтеза Фишера-Тропша и т.д.) на данный момент – это необходимость утилизировать значительные объемы так называемых хвостовых газов, получаемых в процессе синтеза, и перегретого пара высокого давления. Их утилизация возможна в энергоемком процессе производства СПГ, поэтому производство ДМЭ должно хорошо уживаться с производством сжиженного природного газа и/или производством электроэнергии.
Стоит отметить, что технологические схемы производства СЖУ, основанные на производстве синтез-газа (смесь угарного газа и водорода), в паровых риформерах и последующей конверсии его в жидкие углеводороды позволяют утилизировать углекислый газ из отходных газов турбин газовых компрессоров производства СПГ. Для этого часть пара, подаваемого в риформер, заменяется на CO2 (СН4 + СО2 -> 2СО+2Н2). Добавление углекислого газа в процесс риформинга позволяет достичь оптимального соотношения CO/H2 в производимом синтез-газе, близкого к 2, что увеличивает выход СЖУ при последующем синтезе.
Важное преимущество ДМЭ – это возможность поставлять его в контейнерах, баллонах и цистернах прямо от производителя или с приемного терминала конечным потребителям на заправки и в личные (домашние) коммунальные хозяйства. При этом снижаются затраты на распределение. Возможна транспортировка ДМЭ в контейнерах и лихтерах (судами-контейнеровозами/лихтеровозами) непосредственно с места отгрузки. При этом контейнеры/лихтеры могут загружаться на судно как уже в заполненном виде (заправленными), так и заполняться непосредственно на судне через специальный распределительный манифольд. Таким образом, ДМЭ – это не только новая транспортная технология, но и готовый продукт для потребителей (бутилированный ДМЭ). ДМЭ имеет высокое цетановое число, что позволяет использовать его в качестве эффективного дизельного топлива.
Возможности химического синтеза альтернативных топлив в настоящее время активно ведутся во многих мировых центрах (США, Японии, Дании, Австрии) а также и в России. Некоторые такие разработки производства синтетических топлив уже находятся в стадии реализации.
Источник
Диметиловый эфир природный газ
Декабрь, 2021 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №12 (57) 2021
Автор: Аминева Сюмбель Ураловна, студент
Рубрика: Химические науки
Название статьи: Диметиловый эфир как дизельное топливо
Статья просмотрена: 214 раз
Дата публикации: 11.12.2021
УДК 661.724
ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР КАК ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО
Аминева Сюмбель Ураловна
студент естественнонаучного факультета
Залимова Марзия Минизакировна
кандидат химических наук, доцент
Стерлитамакский филиал Башкирск ий государственн ый университет , г. Стерлитамак
Аннотация. В данной статье даётся обзор на диметиловый эфир (ДМЭ) в качестве инновационного дизельного топлив а . П редставлены уравнения получения ДМЭ, которые показывают оптимистичны е прогноз ы на наличие факта новшества данного эфира в виде дизельного топлива.
Ключевые слова: диметиловый эфир, ДМЭ, сырье, дизельное топливо .
В последние годы внимание исследователей направлено на диметиловый эфир (ДМЭ), ведь его можно использовать в качестве топлива для дизельных двигателей. Данный интерес вызван не только необходимостью замены обычного нефтяного топлива на многовариантные виды топлива, но и возможностью значительного повышения токсичности выхлопных газов, которую иногда трудно радикально улучшить с помощью дизельного двигателя.
Благодаря своим положительным характеристикам ДМЭ ставят на одно из первых мест как альтернативное топливо для дизельных двигателей. Однако существует ряд вопросов, которые требуют ответа для того, чтобы отдать преимущество именно такому топливу. Эти вопросы касаются следующего [3, с. 58-63]:
1. Выбора сырья и технологии производства, а также итоговой стоимости для потребителя;
2. Организации системы распределения ДМЭ и АЗС;
3. Способов соблюдения достаточно жестких стандартов выбросов;
4. Необходимости внесения изменений в конструкцию двигателя, а также в его систему питания для работы на ДМЭ.
ДМЭ является простейшим эфиром и имеет формулу состава СН3-О-СНз (или С2Н6О). Он практически нетоксичен и не загрязняет окружающую среду. При нормальных атмосферных условиях диметиловый эфир находится в газообразном состоянии, а при давлении 0,53 МПа сжижается .
В молекуле ДМЭ два метиловых радикала CH3 связаны между собой атомом кислорода, в следствие этого он имеет низкую теплопроводность . П роцентоное составляет примерно 35%.
Диметиловый эфир получают из любого углеводородного сырья (включая биомассу), но при этом основным сырьем в России можно назвать природный газ (продукт его окисления — синтез-газ). Природный газ (метан CH4) в реакции с кислородом и водяным паром образует моноксид и диоксид углерода в соответствии с реакциями ( 1.1 ) (1.2) (1.3) [2]:
При дальнейшем каталитическом синтезе из СО и СО 2 через промежуточное получение метанола СН3ОН образуется ДМЭ (СН3ОСН3) (1.4) (1.5) (1.6) :
Таким образом, данные формулы и уравнения, доказывают, что и спользование диметилового эфира в качестве топлива для дизельных двигателей является основанием для оптимистичных прогнозов. Он имеет ряд преимуществ перед дизельным и альтернативным топливом. К преимуществам относятся снижение склонности к образованию сажи при горении; практически полное отсутствие дыма в выхлопных газах; хорошее самовоспламенение с дизельным топливом ( цетановое число CN = 55 . 60 по сравнению с CN = 45 . 50 — с дизельным топливом) [1].
- Карасев, А. Эфир вместо солярки. – 2010. — URL: http://www.autotruck-press.ru/articles/4176/ (дата обращения: 24.11.2021)
- Лапушкин, Н.А. Использование диметилового эфира в дизельных двигателях / Н.А. Лапушкин, А. М. Савенков, И. В. Федотов. — Транспорт на альтернативном топливе. — 2008. — №3 (3). — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-dimetilovogo-efira-v-dizelnyh-dvigatelyah (дата обращения: 24.11.2021)
- Работа дизелей на нетрадиционных топливах / В. А. Марков, А. И. Гайворонский, Л. В. Грехов и Н. А. Иващенко. — М.: Легион-Автодата, 2008.- С. 58-63.
Источник